基于正交试验和模糊数学评价优化冷泡茶冲泡条件的研究

苏小琴 ， 李强 ， 左小博 ， 谭蓉 ， 杨秀芳 *， 孔俊豪 *

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016；2.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016）

茶是世界上除水之外消费最多的饮料，具有抗衰老、抑菌、降血脂、减肥等功效[1]。目前，茶叶冲泡方式主要采用传统的热水浸泡，这种方法可以快速溶出茶叶中的有益成分，但缺点是不能立即饮用，尤其是在炎热的夏季[2]。

近年，消费市场上出现一种采用低温冲泡方式的茶，也称冷泡茶（Cold-Brewing Tea）。冷泡茶是指可直接通过冷水甚至冰水进行快速冲饮的茶叶，具有便捷、健康、滋味甘甜等特点，受到了广大消费者喜爱[3]。传统冷泡茶是采用常规加工工艺生产的茶叶，在冷水或冰水中有效成分溶出率低[4]，要达到热泡的口感不具有经济性。随着市场消费需求的多元化，有关冷泡茶加工方法的研究成为热点，主要是采用物理[5-7]、化学[8]和生物手段[9-11]对细胞结构、内含成分进行改变和转化，以期短时间内实现浸出率最大化的目的。冷泡茶作为一种新品类，在情景消费中具有方便、快捷的特点，冲泡条件对消费体验具有重要影响，如何指导消费者对情景化产品进行科学饮用，是提高产品市场认知的重要方法。目前关于冷泡茶冲泡条件的研究尚不多见，仅对绿茶在不同冲泡条件下品质变化规律进行研究[12-13]。

文章围绕消费体验对冷泡茶冲泡条件进行定制和优化，以市场需求为导向，推动冷泡茶产业发展。基于研究团队自主冷泡茶创新产品，采用单因素试验、正交试验，结合模糊数学感官评价方法，探讨不同冲泡条件包括茶水质量体积比、冲泡水温和冲泡时间对冷泡茶品质的影响，围绕感官品质确定冷泡茶冲泡最优条件，为引导消费者科学冲饮冷泡茶提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2017年9 月机采鸠坑品种夏秋茶，由余杭陆羽泉茶叶有限公司提供。冷泡茶加工基本工艺为：机采鲜叶切碎，经蒸汽杀青后，进一步挤压切碎，按一定比例喷施酶液处理，再揉捻40 min，最后烘干制成供试茶样。

仪器设备：TM-800蒸汽杀青机，（株）寺田制作所生产；FY-120K叶打机，绍兴茶叶机械总厂生产；6CR-35揉捻机，浙江上洋机械有限公司生产；Waters1525高效液相色谱仪，美国Waters科技（上海）生产；5804R高速离心机，德国Eppendorf公司生产；DK-S24电热恒温水浴锅，上海精宏试验设备有限公司生产；AL204电子天平，梅特勒托利仪器有限公司生产；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏试验设备有限公司生产。

试剂：乙腈为色谱纯，天津市康科德科技有限公司生产；甲醇、冰醋酸等均为国产分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素试验

冲泡条件为：固定冲泡条件为茶水质量体积比1∶100，冲泡时间4 min，考察不同冲泡水温（4℃、10℃、20℃、25℃、35℃） 对冷泡茶主要品质成分和感官品质的影响；固定冲泡条件为冲泡水温20℃，冲泡时间4 min，考察茶水质量比（1∶50、1∶100、1∶150、1∶200、1∶250）对冷泡茶主要品质成分和感官品质的影响；固定冲泡条件为茶水质量比 1∶100，冲泡水温 20℃，考察冲泡时间（2、4、6、8、10 min） 对冷泡茶主要品质成分和感官品质的影响。

1.2.2 正交优化试验

在单因素试验的基础上，选取茶水质量体积比（A）、冲泡温度（B）和冲泡时间（C）三因素三水平进行正交实验，建立 L9（34）正交表，见表 1，以感官评分为指标，确定冷泡茶的最佳冲泡条件。

1.2.3 感官评价标准

采用单因素试验考察茶水质量体积比、冲泡温度和冲泡时间对冷泡茶感官品质的影响，选择10名评价者按表2感官评价标准对冷泡茶的汤色、滋味和香气三项指标进行独立评分，并计算不同条件下的平均评分和综合评分，满分100分。为了确保感官评价的准确性，对评价人员进行基础培训，在评价时，避免交谈。

表1 正交优化试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for optimizing brewing conditions

表2 冷泡茶感官评价表Table 2 Sensory evaluation index of cold-brewing tea

1.2.4模糊数学模型的建立

以正交试验时的9组冷泡茶为评价对象集Y， 具体为 Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8 和 Y9。以汤色、香气和滋味为因素集U，因素集U={汤色U1，香气 U2，滋味 U3}。 评语得分集为 V，V={优，中，差}={90，80，70}，根据色泽、香气和滋味在冷泡茶感官评价中的作用，确定冷泡茶各感官指标的权重为色泽30%、香气25%、滋味45%，总和为100%。 权重集 X={X1，X2，X3}={0.30，0.25，0.45}。冷泡茶感官指标综合评判集Y=XR，其中X为权重集，R为模糊矩阵。

1.2.5 儿茶素和水浸出物含量的测定

儿茶素含量测定，按照对应方法制备茶汤，摇匀，过 0.45 μm 膜，参照 GB/T 8313—2008测定。水浸出物含量参照GB/T 8305—2013测定。

1.2.6 数据处理

每个试验重复3次，采用Spss19.0进行数据分析，结果表示为x±s，采用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 冲泡条件对冷泡茶主要品质成分的影响

采用单因素试验考察茶水质量体积比、冲泡温度和冲泡时间对冷泡茶中水浸出物含量和儿茶素含量的影响，结果见表3。由表可知，茶水质量比在 1∶50、1∶100 和 1∶150 条件下， 冲泡时间在6 min、8 min和10 min条件下，冲泡温度在20℃、25℃和35℃条件下，茶汤中的儿茶素组分和水浸出物含量相对较高，且茶汤中儿茶素浸出类型主要以非酯型儿茶素C、EC和酯型儿茶素ECG为主，其中EC含量最高。

2.2 冲泡条件对冷泡茶感官品质的影响

茶水质量体积比、冲泡温度和冲泡时间对冷泡茶感官品质影响结果见表4。由表可知，茶水质量体积比为 1∶50、1∶100 和 1∶150，冲泡时间为2 min、4 min和6 min，冲泡水温为4℃、10℃和20℃，冷泡茶的综合感官评分较高，品质较好。

2.3 正交法优化冷泡茶冲泡条件

根据单因素试验结果，采用L9（34）正交设计

优化冷泡茶冲泡的最佳条件，选择10名评价者进行评价打分，试验结果见表5，方差分析结果见表6。由表5极差分析可知，三因素对冷泡茶冲泡感官品质的影响大小依次为：冲泡温度（15.23）＞茶水质量体积比（8.50）＞冲泡时间（0.73），方差分析表6显示，冲泡温度对冷泡茶冲泡感官品质具有极显著影响（p＜0.01），茶水质量体积比具有显著影响（p＜0.05），冲泡时间不具有显著性，且 F（A）和 F（B）均大于 F0.01（2，2）=19.0，进一步表明茶水质量体积比和温度对冷泡茶感官品质影响具有显著性。正交实验设计得出的最佳冲泡方案为A1B3C3，即茶水质量体积比 1∶100，冲泡温度20℃和冲泡时间6 min下，所得冷泡茶茶汤的综合感官品质最佳。

表3 茶水质量体积比、冲泡水温、冲泡时间对冷泡茶品质成分的影响Table 3 Effect of ration of tea mass to water volume，brewing temperature and brewing time on content of water extract and catechin of cold brewing tea

表4 单因素冲泡条件对冷泡茶感官品质影响Table 4 Effect of ratio of single brewing factor on sensory evaluation

表5 冲泡条件正交试验结果Table 5 Results of brewing methods with orthogonal experiment

表6 方差分析结果Table 6 Variance analysis

2.4 冷泡茶模糊数学综合评价结果

运用模糊数学综合评价方法，对9种冲泡条件下的冷泡茶进行感官评价，评价结果见表7。

表7 冷泡茶感官评分Table 7 Sensory evaluation of cold brewing tea

由表7可知，10名评价人员的评检结果存在差异，据此可建立模糊矩阵。模糊评定矩阵根据评价人员的评定结果确定，即将表中得到的结果除以总人数，得到9个如Rj的模糊矩阵：

根据模糊变换原理，用矩阵乘法计算9组冷泡茶对各因素的综合评判结果Y=XR，并将综合评价结果分别乘以其对应的分值（优90分，良80分，差70分）再进行加和，最后可得出每个样品的最后总得分，结果见表8。由表可知，模糊数学评价结果显示评分Y3最高，与正交试验结果一致（表 5），即茶水质量体积比 1∶100，冲泡温度20 ℃和冲泡时间6 min下，所得冷泡茶茶汤的感官评分最高，风味最佳。

表8 冷泡茶冲泡条件模糊数学评价结果Table 8 Fuzzy mathematics evaluation of cold brewing tea conditions

3 讨论

冷泡茶作为一种新型的饮用类产品具有新颖、方便、健康等特点，广受消费者的青睐。冷泡茶的品质不仅受加工工艺影响，同时与后期的冲泡条件息息相关。本文探讨了茶水质量体积比、冲泡温度和冲泡时间对冷泡茶感官品质和主要内质成分的影响，结果显示茶水质量体积比为1∶50、1∶100 和 1∶150，冲泡时间为 2 min、4 min 和6 min，冲泡水温为4℃、10℃和20℃，茶汤中 C、EC、ECG、EGC、EGCG和水浸出物含量相对较高，且茶汤中儿茶素的浸出类型主要以非酯型儿茶素C、EC和酯型儿茶素ECG为主，其中EC含量最高。 茶水质量体积比为 1∶50、1∶100 和 1∶150，冲泡时间为2 min、4 min和6 min，冲泡水温为4℃、10℃和20℃，冷泡茶的综合感官评分均较高，品质较好。在此基础上进行正交试验，以感官评分为指标对冷泡茶冲泡条件进行优化，并运用模糊数学评价法对感官评分进行计算，得到了最佳冲泡条件为茶水质量体积比1∶100，冲泡温度20℃和冲泡时间6 min，此条件下所得的冷泡茶汤色、香气和滋味俱佳，感官评分最高。

胡舒静等[12]按不同的冲泡水温、茶水比进行了比较试验，得出在冲泡水温15～35℃，茶水比1∶100～1∶25范围内茶叶内质成分溶出较多，口感适宜，实验研究结果与之相符，均在其动态范围内。刘红等[14]对冲泡时间、茶水比和冲泡次数进行了实验分析，得出红茶的最佳茶水比为 5∶300～6∶300（M/V），冲泡时间 1.5～2.0 h；绿茶的最佳茶水比为4∶300～5∶300（M/V），冲泡时间 1.0～1.5 h；乌龙茶的最佳茶水比为 5∶300～6∶300（M/V），冲泡时间 1.5～2.0 h。本实验茶水质量体积比1∶100与已有研究类似，但冲泡时间仅用6 min，茶汤滋味可达浓醇，缩短了常规冷泡茶冲泡时间。这可能由于茶原料存在差异，本实验原料为自主冷泡茶创新工艺产品，茶叶细胞壁得到了较大程度的破碎，有利于茶叶品质成分的快速溶出，而刘红等所用原料为常规加工工艺生产的茶叶。因此，开发制备适合冲泡冷泡茶的产品，是解决现有冷泡茶溶出速率慢、滋味寡淡等问题的核心。

传统茶叶感官品评普遍采用加权平均法、总分法等数学方法[15]。这些方法受人为主观因素影响较大，模糊数学综合评价法能通过模糊数学的隶属度和隶属函数理论，影响感官质量的多因素间关系进行数学抽象化并建立理想化评价模式，从只能定性描述转化为定量描述[16]。本文以感官评分为评价指标，通过正交试验结合模糊矩阵的复合运算，逐级对审评结果进行合理综合，得出冷泡茶冲泡条件的综合评判结果，减少了人为主观因素对评判的影响，使冷泡茶冲泡品质评定得到了量化，使结果具有更高的准确性和科学性。此次研究结果可为冷泡茶合理的冲泡和饮用提供参考和科学依据。

[1] HO C T， LIN J K， SHAHIDI F.Tea and tea products：chemistry and health-promoting properties[M].Boca Raton：CRC，2008.

[2] 刘淑娟，钟兴刚，李维，等.绿茶三种冲泡方法及其特色的研究[J].茶叶通讯， 2010， 37（2）：42-45.

[3] 林智，谭俊峰，吕海鹏，等.冷水冲泡型茶叶加工方法[J].中国茶叶， 2008， 30（2）：20-21.

[4] 刘淑媚.冷泡茶的研究现状与进展[J].广东茶业，2016（3）：12-14.

[5] 王岳飞，杨秀芳，任鹏，等.瞬时降压在茶叶加工中的应用[J].茶叶科学， 2005， 25（4）：311-314.

[6] 臧聪.基于常温加压脱水方式的制茶技术研究[D].成都：四川农业大学，2015.

[7] 何新益，刘金福，黄宗海，等.变温压差膨化法制备冷泡茶的工艺优化[J].农业工程学报， 2010， 26（s1）：388-393.

[8] 张远志，林惠琴.冷泡型红碎茶的制作工艺研究[J].食品工业科技， 2006（2）：131-132.

[9] 何莲，段学艺，陈娟，等.添加纤维素酶对“冷泡绿茶”成品茶品质的影响研究[J].安徽农业科学，2014，42（36）：13038-13039.

[10] 杨坚，谢超，段涛.冷泡茶发酵菌筛选及发酵条件的优化研究[J].食品工业科技， 2007， 28（10）：100-102.

[11] 孙永康.冷泡茶发酵菌种的诱变育种及其发酵条件的优化研究[D].重庆：西南农业大学，2005.

[12] 胡舒静，陈凯莉，徐悦.冷茶饮冲泡方法的比较研究[J].茶叶， 2015， 41（4）：212-217.

[13] LIN S， YANG J， HSIEH Y， et al.Effect of different brewing methods on quality of green tea[J].Journal of Food Processing&Preservation， 2014， 38（3）：1234-1243.

[14] 刘红，张明，姜明洪，等.“冷泡茶”冲泡方式对红茶、绿茶、乌龙茶感官品质的影响[J].饮料工业，2016，19（6）：38-41.

[15] 谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武汉：华中科技大学，2003.

[16] 赵志华，岳田利，王燕妮，等.基于模糊综合评判苹果酒感官评价的研究[J].酿酒科技.2006（9）：27-29.